人教版物理八年级下第八章第1节牛顿第一定律 教学详案

第八章 运动和力
第1节 牛顿第一定律
设计说明
在本节课的教学中，首先把物体的运动状态和物体是否受力联系起来，从而使学生初步认识力和运动的关系，然后选取运动物体水平方向只受阻力的实例引入课题，最后展示两种对立观点。通过实验探究阻力对物体运动的影响，在此基础上进行科学推理、建立规律，引导学生认识一切物体都有惯性及惯性是物体本身的属性，并会利用惯性解释有关现象。
在探究“阻力对物体运动的影响”这部分内容时，要注意教给学生科学的研究方法。实验前必须向学生交代清楚实验的条件和做法，使其明确每次实验用的是同一辆小车，而且让小车从同一斜面的同一高度由静止下滑。不同的是，三次实验小车通过的平面的粗糙程度不同，使学生知道实验中哪些条件不变，哪些条件变化了，从而渗透一种重要的研究方法——控制变量法。
该实验结束后，要在实验的基础上进行合理地推理，让学生结合自己对生活经验的认识分析问题，若能将阻力不断减小下去，物体不就会越滑越远吗？通过推理得出结论，从而引出牛顿第一定律。在本节课中，要强调牛顿第一定律并非是由实验直接得出，而是建立在一定实验的基础上的，通过分析事实，进一步概括、推理得出的，要向学生渗透“理想实验”和“实验、猜想和推理”等重要的物理思想和研究方法。
教学目标
1.通过实验，认识阻力对物体运动的影响。
2.经历建立牛顿第一定律的科学推理过程，认识牛顿第一定律，从中感悟科学推理的方法，领会科学思维过程。
3.能通过生活经验和大量事实认识一切物体都具有惯性。能用惯性知识解释生活和大自然中的有关现象。
4.培养学生不迷信权威、大胆质疑和实事求是的科学态度和创新精神，激发学生学习自然科学的浓厚兴趣。
教学重点难点
1.重点：通过实验研究阻力对物体运动的影响、惯性。
2.难点：建立牛顿第一定律的科学推理过程，用惯性解释生活和自然中的有关现象。
教具
学生用：木板、斜面、小车、毛巾、棉布、刻度尺。
教师用：小木块、木板、斜面、小车、毛巾、棉布、刻度尺，另有电化教学器材、教学光盘、粉笔盒。
教学过程
回顾思考
1.物体沿着________且________不变的运动，叫做匀速直线运动。
2.运动状态不变是指物体做________运动或保持________。
导入新课
1.小实验导入
演示实验1：在水平桌面上推一木块，木块运动，撤去推力，木块停止运动。
生活情景回顾1：足球静止在地面上，运动员不踢，球不动，运动员踢球，球运动。
学生讨论后教师引导：如果要使一个物体维持运动，就要对它施加力的作用，如果撤去这个力，物体就停止运动，也就是说，“运动需要力来维持”。
演示实验2：在水平桌面上用尺子水平敲击小木块，尺子离开木块后，木块滑动了一段距离停下来。
生活情景回顾2：运动员将球踢出瞬间，运动员的脚离开球后，球运动一段距离才停下来。
学生讨论后教师引导：从演示2和情景2结果看，“物体的运动不需要力来维持”。
教师对比两种认识提出疑问：两种认识，一种是运动要靠力来维持，另一种是运动不需要力来维持，哪一种认识是正确的呢？力和运动是一种什么样的关系呢？
2.多媒体导入
视频展示：玩滑板车、火车进站。
问：这些运动的物体，停止施加动力，还会继续运动吗？为什么最终要停下来？
简介历史上亚里士多德和伽利略的不同观点。
问：你们同意谁的观点？究竟谁的观点正确？学完本节课就清楚了。
进行新课
探究点一　研究阻力对物体运动的影响
1.提出两种观点
实验演示：老师用手推讲桌上的粉笔盒，用手推粉笔盒，盒子运动，停止用力，粉笔盒也停下来？
教师：生活中还有哪些类似的现象？（由学生思考后回答）
学生：骑自行车的时候，脚踩踏板，车运动起来，不踩踏板，车最终停下来……
教师：正是由于生活中的这些现象，历史上有一个伟大的哲学家亚里士多德提出了这样的观点：力是维持物体运动的原因。
你认为这个观点有没有问题？学生思考回答。学生持有不同观点，有的认为正确，有的认为错误。
在学生提出观点后指出：亚里士多德的这个观点维持和统治人们的思想近两千年，后来另一位科学家伽利略才提出力不是维持物体运动的原因，物体的运动不需要力来维持，就像被踢出去的足球之所以会停下来，是因为受到了阻力。
提出问题：我们该怎样证明运动的物体停下来是因为阻力的影响？
学生思考、交流展示讨论结果。
2.实验探究
教师：既然实验研究的是“阻力对小车运动的影响”，那在开始时小车的运动状态就要保持相同，然后改变阻力的大小，观察小车运动的远近。我们采取的这种方法是哪一种物理研究方法？
教师：怎样才能控制小车开始时的运动状态相同？然后又怎样改变小车受到的阻力？
（先让学生自由讨论，再指导学生参考教材图8.1-2）
共同设计实验与制订计划：如图所示，让一辆小车分别从同一斜面的同一高度由静止滑下后，在粗糙程度不同的水平面上运动，比较在几种不同平面上的运动距离。
　 　
毛巾表面 棉布表面 木板表面
学生进行实验与收集证据：
实验序号 接触面 阻力的大小 小车运动的距离 小车速度减小的快慢
1 毛巾表面
2 棉布表面
3 木板表面
教师：观察收集到的证据，你能发现三次实验有何相同和不同之处？为什么要这样做？
引导学生，观察图找出不同点，并解释。
教师：为什么小车最后都会停下来？
引导学生从小车受到阻力方面考虑。
教师：阻力的大小跟小车运动的距离有何关系？
引导学生回答后总结：平面越光滑，小车受到的阻力就越小，小车运动的距离就越远，速度减小得就越慢。
3.设想和推理
教师：若平面足够光滑（完全没有阻力），它又将怎样运动？
这是本实验的关键点，引导学生思考平面越光滑小车运动的距离越远，推理平面足够光滑时小车将怎样运动？
①三种表面谁的阻力最小？从三次实验现象得到怎样的描述？
②若表面再光滑一些，则小车所受的阻力将怎样？小车前进距离呢？速度减小的程度呢？
初步结论：小车受到的阻力越小，小车在水平面上前进的距离越长。若表面再光滑一些，小车所受阻力更小，前进距离会更远，速度减小得也更慢。
③沿着这个推理，如果水平面绝对光滑，没有任何阻力，小车将会怎样运动？
推理：如果小车不受外力，将会怎样运动？
将永远保持匀速直线运动状态。
提问：原来静止的物体呢？
引导归纳：如果不受力的作用，原来静止的物体将一直保持静止状态，原来运动的物体将保持其速度一直运动下去。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例1　（2019·四川宜宾中考）关于“阻力对物体运动的影响”问题，某学习小组进行了如下探究实验：依次将毛巾、棉布分别铺在水平木板上，让小车分别从斜面顶端由静止自由下滑，观察小车在水平面上滑行的最大距离，三种情况下的运动如图所示。
（1）实验中每次均让小车从斜面顶端由静止自由下滑，目的是使小车在水平面上开始滑行时获得的速度大小________（选填“相等”或“不相等”），本实验中的“阻力”是指小车受到的________；
（2）分析图中小车运动情况可知，在毛巾表面上滑行的距离最短，说明小车受到的阻力越大，速度减小得越________（选填“快”或“慢”）；
（3）牛顿在伽利略等人的研究基础上，概括出牛顿第一定律：一切物体在没有受到力的作用时，总保持______状态或________状态；
（4）牛顿第一定律________（选填“是”或“不是”）直接由实验得出的，其符合逻辑的科学推理为科学研究提供了一个重要方法。
解析：（1）每次都让小车从斜面上同一位置由静止释放，目的是使小车运动到斜面底端时的速度相等；本实验中的“阻力”是指小车受到的摩擦力。（2）根据图中运动情况可知：小车在毛巾表面上滑行的距离最短，毛巾表面最粗糙，小车受到的阻力最大，这说明小车受到的阻力越大，速度减小得越快。（3）牛顿第一定律的内容：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。（4）牛顿第一定律是在实验的基础上，通过推理得出的，不是由实验直接得出的。
答案：（1）相等　摩擦力　（2）快　（3）静止　匀速直线运动　（4）不是
探究点二　牛顿第一定律
1.回顾猜想
教师：实验探究前面所提到的两个科学家的观点，你现在认为谁的正确？
引导学生利用实验推理的结论“如果小车不受外力，将永远保持匀速直线运动”判断哪个科学家的观点正确。
教师：300多年前，伽利略就是这样通过实验推理得出他的观点的。后来，牛顿经过研究和整理，总结出更加全面和完整的牛顿第一定律：
一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。
说明：牛顿第一定律不是从实验直接得出的，而是在实验的基础上，经过推理、归纳得出的。这恰是科学家丰富的想象力与科学分析相结合的伟大之处。（进一步对学生进行情感、态度与价值观的教育）
2.理解牛顿第一定律
教师：通过实验和推理，我们得出了牛顿第一定律，这条定律对于一切物体都适用，但定律成立要满足一定的条件，是什么条件呢？在什么条件下，物体一定处于匀速直线运动状态？在什么条件下，物体一定处于静止状态？
教师结合定律词语“一切”“没有受到力的作用”“总”“或”四个方面分析，帮助学生理解牛顿第一定律的内容。
强调说明：①“一切”表明这条规律的普遍适用性，不符合这条规律的物体不存在。
②“不受力”是定律成立条件。这是一个理想情况，也包含物体在某一个方向上不受力。
③“总保持”指物体在没有受到力的作用时，只有保持静止状态或匀速直线运动两种可能，要改变这种状态，物体必须受力的作用。
④力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。
3.过程小结
教师：通过前面的实验和我们的共同讨论，我想同学们一定有很多感想吧？下面就请大家互相交流一下，说说自己的收获或者还有哪些疑问吧！
引导学生小组讨论合作完成。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例2　如图所示，若小球向右摆动到最低点时绳子断裂，假设所有力同时消失，此后，小球的运动情况是（　　）
A.匀速直线下落
B.匀速直线上升
C.匀速直线斜向上运动
D.沿水平方向向右做匀速直线运动
解析：小球向右摆动到最低点时，其运动方向是水平向右的，当绳子断裂、所有力突然消失时，小球仍然保持原来的运动状态，即小球沿水平方向向右做匀速直线运动，故D选项正确。　　
答案：D
方法规律：物体不受外力作用时，只以两种状态存在：静止状态或匀速直线运动状态，即原来静止的物体将保持静止状态，原来运动的物体将以原来的速度做匀速直线运动。
探究点三　惯性
教师：同学们已经理解了牛顿第一定律的内容，现在请同学们一起来完成下面的实验。
[想想做做]
猜想下面的问题：
1.在匀速直线行驶的列车上的人向上抛出篮球，篮球落下时会落在________（选填“人的前方”“人的后方”或“人的手中”）。
2.仔细观察“想想做做”实验1，如图所示，拨动簧片，把小球与支座之间的金属片弹出时，小球没有随金属片飞出，而是落入支座上的凹槽中。
分析现象并填写下表
物体原有运动状态 受打击时物体的运动状态 未受打击时物体的运动状态
金属片________，小球________ 金属片受打击，由______变为______ 小球不受打击，保持________，落入凹槽中
学生猜想后，教师引导学生进行探究，对于第一个问题通过播放视频，寻找答案，并引导学生进行解释。对于第二个问题通过实验验证，要做好实验的指导，一只手按住底座，另一只手要用力拨动簧片，簧片形变要大，松手速度要快，一定要注意安全，金属片飞出的方向，要提前用课本挡着。实验完成后，再来分析上面的问题，然后指出它们的不同方面（动者恒动，静者恒静），引出惯性的定义。
教师：什么是惯性呢？
教师引导同学们分析：牛顿第一定律告诉我们，物体不受外力时，原来静止的物体将一直保持静止状态，原来运动的物体将保持其速度一直运动下去，这表明无论静止的物体还是运动的物体，都有保持原来运动状态不变的性质，即惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。
教师从以下四点分析惯性，加深学生对惯性的认识：（1）惯性的普遍性；（2）惯性大小的决定因素；（3）惯性与力的区别；（4）惯性与惯性定律的区别。
[演示]
小车突然运动和突然停下来时，木块表现出的惯性现象，如图所示。
　
教师：为什么突然拉动小车时，木块向后倒；而小车突然停止时，木块向前倒？根据木块的运动能不能解释汽车在突然启动和急刹车时乘客表现出的状态？
教师引导同学们分析：木块向后倒或向前倒，是因为木块上部和下部的运动状态不一样。当小车突然启动时，木块的下部受小车的摩擦力随小车一起运动，而木块的上部由于惯性还要保持静止状态，于是木块向后倒。当运动的小车突然停下时，木块的上部由于惯性还要保持向前运动的状态，而木块的下部由于和小车间的摩擦使木块的下部随小车静止，于是木块向前倒。
教师：了解了上面的内容，请同学们再来看汽车安全带的作用。
阅读教材P19科学世界“汽车安全带和安全气囊”
教师分析：汽车安全带主要是为了防止汽车突然刹车时，由于惯性对人体造成的伤害。
教师：请同学们说说你还知道有哪些生产和生活中的惯性现象？
教师引导同学们分析：踢球、用铁锹铲雪、泼水、滑冰、烧锅炉时用铁锹往炉膛内添煤、跳远运动员起跳前的助跑、用手可以拍掉身上的灰尘、跑步的人当脚碰到障碍物时总是会向前摔倒、撞击锤柄可以使锤头紧紧地套在锤柄上、骑自行车太快容易发生事故……
教师结合演示实验的分析方法，让学生学会解释惯性现象时的一般步骤（以撞击锤柄可使锤头紧紧套在锤柄为例）：（1）明确研究对象（锤头）；（2）物体原来处于什么状态（锤头随锤柄一起向下运动）；（3）什么原因使与研究对象有关的物体或同一物体的某一部分运动状态发生改变（锤柄因撞击而停止运动）；（4）由于物体具体惯性，被研究物体（或物体的一部分）要保持原来的运动状态可出现什么现象（锤头由于惯性而向下运动，从而紧紧地套在锤柄上）。
教师：从同学们举出的这些例子中，我们能够看到人们可以利用惯性给我们的生活和生产带来许多的方便，同时也有惯性给我们带来的危害，因此，我们在利用惯性的同时还要注意防止惯性对我们造成的伤害。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例3　（2019·四川凉山中考）在凉山州举行的中小学运动会中，来自各校的运动员们奋力拼搏，取得了优异的成绩。比赛中涉及到一些物理现象，下列说法正确的是（　　）
A.乒乓球比赛时，球在空中飞行，所有力全部消失，球一定落向地面
B.百米比赛时，运动员冲线后不能立即停下，是因为运动员受到惯性力的作用
C.跳远比赛时，运动员需要助跑，是为了增大惯性，跳得更远
D.足球比赛时，抱在守门员手中的足球也具有惯性
解析：乒乓球在空中飞行，处于运动状态，若所有力全部消失，球将做匀速直线运动，故A错误；百米比赛时，运动员冲线后不能立即停下，是因为运动员具有惯性，惯性不是力，不能说受到惯性力的作用，故B错误；惯性只与物体的质量有关，跳远运动员助跑是为了加快自己的速度，不能增加惯性，故C错误；任何物体在任何时候都具有惯性，故守门员手中的足球也具有惯性，故D正确。　　
答案：D
点拨：①惯性是物体本身的属性，不是力，不能将惯性错误地表达为“惯性力”或“受惯性”；②衡量物体惯性大小的量度只有质量，质量越大，惯性越大。惯性大小与物体的运动速度、所处的状态和是否受力均无关。
课堂小结
本节课我们主要学习了阻力对物体运动的影响、牛顿第一定律和惯性三部分内容，为了检验一下学习效果，请完成“ 当堂达标”测试题。
当堂达标
1.如图所示，在探究“阻力对物体运动的影响”的实验中，下列说法正确的是（　　）
A.实验中不需要控制小车每次到达斜面底端时速度相同
B.小车最终会停下来说明力是维持物体运动状态的原因
C.如果小车到达水平面时所受外力全部消失，小车将做匀速直线运动
D.小车停止运动时惯性也随之消失
2.（2020·黑龙江龙东地区中考）轿车除了安全带以外，还有一种安全装置——头枕，对人起保护作用，能减轻下列哪种情况可能对人体造成的伤害（　　）
A.紧急刹车
B.左右转弯
C.前方碰撞
D.后方追尾
3.（多选）如图所示，木块与小车一起运动，某时刻观察到如图乙所示的现象，由此可判断（　　）
A.小车向右运动，突然加速
B.小车向左运动，突然减速
C.小车向右运动，突然减速
D.小车向左运动，突然加速
4.（2019·陕西中考）如图所示，用尺子快速水平击打盖在杯口的硬纸片，鸡蛋由于具有________并未随纸片一起飞出。假设纸片飞出后不再受任何力的作用，纸片将保持________状态。
5.（2019·山西中考）小明是个科幻迷，他创作了一篇科幻题材的短篇小说——《我是超人》。小说中有这样的故事情节：超人小明上天入海无所不能，有次为营救小伙伴，情急之下让地球骤然停止自转，结果小伙伴却被甩向了天空。他这样幻想的科学依据是________________。地球骤然停止自转，你认为可能发生的现象还有____ __
__ （写出一条即可）。
布置作业
教材第19页“动手动脑学物理”第1至4题。
板书设计
一、阻力对物体运动的影响 1.两种观点 2.实验探究阻力对物体运动的影响 （1）实验结论：运动时小车所受阻力越小，向前滑行距离越大，小车速度减小得越慢。 （2）推理：如果小车运动时不受阻力，它将以恒定速度永远运动下去。 二、牛顿第一定律 1.内容：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。 2.理想实验法（科学推理法） 三、惯性 1.定义：一切物体都具有保持原来运动状态不变的性质，我们把这种性质叫做惯性。 2.影响因素：惯性是由物体的质量决定的，质量越大，惯性越大，与物体的形状、运动状态、所处位置、受力情况等外界条件均无关。 3.生活应用： （1）利用惯性：撞击斧柄斧头套紧、泼水、跳远。 （2）防止惯性危害：安全带或安全气囊、保持车距、限速行驶。
参考答案
1.C　解析：实验时应使小车到达水平面时的速度相等，因此每次实验时，应使小车从同一高度由静止开始滑下，故A选项错误；小车最终会停下来是受到了摩擦阻力的作用，这说明力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因，故B选项错误；如果小车到达水平面时所受外力全部消失，根据牛顿第一定律可知，小车将做匀速直线运动，故C选项正确；惯性是物体保持运动状态不变的性质，一切物体都有惯性，小车停止运动时惯性不会消失，故D选项错误。
2.D　解析：头枕是当头突然后仰时，对头部起保护作用。紧急刹车和前方碰撞时，由于惯性，人的身体会前倾，而不是后仰；左右转弯时，由于惯性，人的身体会左右倾斜，也不会后仰。只有当后方追尾或突然加速时，人的身体会后仰。故选D。
3.CD　解析：木块与小车一起运动，有两种情况，一是一起向左运动，二是一起向右运动，两种情况下都有可能出现乙图所示的现象。一是向右运动，突然减速，木块底部由于受摩擦随小车一起减速，而其他部分由于惯性要保持原来的速度向右运动，所以向右倾倒；二是向左运动，突然加速，木块底部随小车一起加速，而其他部分由于惯性要保持原来的运动状态，所以向右倾倒。
4.惯性　匀速直线运动　解析：鸡蛋没有受水平方向的力，故因为惯性保持原来的静止状态；纸片不受任何力之前是运动的，故纸片会保持原来的运动状态，做匀速直线运动。
5.人具有惯性　地球上的汽车等物品也会被甩向天空　解析：若地球骤然停止自转，小伙伴由于惯性，会继续维持原来的运动状态，故会被甩向天空；当地球骤停时，地球上的汽车等物品也会由于惯性，维持原来的运动状态，甩向天空。
教学反思